Inverterend versus niet-inverterende OPAMPS. Ezelsbruggetje?

Klopt, en inverterend of niet ligt aan de ingangstrap van de opamp.
Qat leesvoer:

TI_OpAmpCircuits.pdf

Wat je moet onthouden is dat een opamp een verschil-versterker is.
Hij versterkt het verschil tussen de + en de - ingang.

Als de + hoger is dan de - dan gaat de uitgang omhoog. Als de - hoger is dan de + dan gaat de uitgang omlaag.

De versterkings factor is meestal rond 300K. Dus er is maar een heel kleine spanning nodig om de uitgang op de juiste plaats te zetten (binnen de beperkte voedingsspanning). De tegen-koppeling zorgt er dan voor -als het goed is- dat de beide ingangen naar elkaar toe bewegen zodat de opamp uiteindelijk (na een paar honderd nanoseconden) een evenwicht bereikt.

Op donderdag 15 augustus 2024 20:38:31 schreef Fantomaz:
Hee mensen,
Ik heb moeite om de materie rondom Opamps onder de knie te krijgen, dus ben ik de lesstof maar weer eens van voorafaan gaan doornemen.

Ik loop er meteen al tegenaan dat ik de logica niet begrijp tussen de inverterende en niet-inverterende Opamp schakeling.

Waarom is de ene inverterend en de andere niet?
Zonder te diep in de uitleg te gaan, wellicht...
Ik zoek een ezelsbruggetje om dit makkelijker te kunnen onthouden tot ik zelf onderbouwd kan beredeneren.

Kan iemand mij daar iets verder mee helpen?

Waarom is dit een inverterende schakeling?
[bijlage]

En dit een niet-inverterende schakeling?
[bijlage]

Als de plus ingang hoger is dan de min ingang dan is de uitgang positief.
Als de min ingang hoger is dan de plus ingang dan is de uitgang negatief.

Waarom is dit een inverterende schakeling?

Omdat + ingang aan de massa hangt.
Het signaal en de terugkoppeling gebeurt nu op - ingang.

Als -ingang hoger is dan +ingang dan moet de uitgang lager worden.
Omdat de uitgang lager moet worden word deze dus negatief

Op donderdag 15 augustus 2024 20:56:21 schreef douwebakker:

Als de plus ingang hoger is dan de min ingang dan is de uitgang positief.
Als de min ingang hoger is dan de plus ingang dan is de uitgang negatief.

Ah Dat maakt eea duidelijker.
Niets ten nadele van de andere antwoorden overigens.

In mijn optiek worden er 2 spanningen aangelegd, telkens aan de - ingang van de Opamp. Waarom is dan het ene schema inverterend en de andere niet?

Dat haal ik niet uit die schakeling.
Hoe kan ik aan die schakeling zien dat de ene ingang (de - dus) láger is dan de + ingang?

Ezelsbruggetjes heb ik niet, maar de grote truc is eigenlijk heel simpel:

een opamp probeert uit alle macht om de BEIDE INGANGEN GELIJK TE MAKEN, via zijn uitgang.

Staat dus op de niet-inverterende '+' ingang 0V (massa), en op de ingang van de schakeling +1V (via een weerstand Ri verbonden met invert. ingang), dan zal de opamp proberen om op zijn inverterende ingang de spanning ook 0V te maken.

In dit geval, door op z'n uitgang -1V te zetten, (indien Ri=RF in de inverterende schakeling; dat rekent eventjes het makkelijkst uit het hoofd); de +1V via Ri en de -1V via Rf geven samen opgeteld 0V, exact dezelfde waarde als op de niet-inverterende ingang. Beide ingangen hebben dezelfde waarde van 0V dus de opamp is tevreden

Dus, ingangssignaal +1V, uitgangssignaal -1V, dan hebben we met een inverterende versterker te maken.

Da's de grote truc: beseffen dat opamps hun uitgang bijregelen, totdat de spanningen op beide ingangen exact gelijk zijn.

Met deze basiskennis kunnen ook alle andere gevallen (niet-inverterende versterker) beredeneerd worden

Op donderdag 15 augustus 2024 21:05:17 schreef Fantomaz:
[...]

Ah Dat maakt eea duidelijker.
Niets ten nadele van de andere antwoorden overigens.

In mijn optiek worden er 2 spanningen aangelegd, telkens aan de - ingang van de Opamp. Waarom is dan het ene schema inverterend en de andere niet?

Dat haal ik niet uit die schakeling.
Hoe kan ik aan die schakeling zien dat de ene ingang (de - dus) láger is dan de + ingang?

Dat kun je niet zien, want dat is wisselspanning.

Signaal aan de + dan is het niet inverterend.
Signaal aan de - dan is die wel inverterend.

Negatief vermenigvuldigen is inverteren. Dat is in basis wat je doet.

tot zover mijn snel verzonnen ezelsbruggetje

(geen idee of er uitzonderingen zijn, ik kan er zo snel geen bedenken.)

[Bericht gewijzigd door hardbass op donderdag 15 augustus 2024 21:39:48 (15%)

+1

Hi Fantomaz,

Inverterende schakeling
Een inverterende opamp schakeling daarbij stuur je de opamp aan op de - ingang, meestal via een serie weerstand.
Dat houd in dat de uitgang in tegen faze met het ingangsignaal op de -ingang.
Dus als je het signaal dat je aanbied op de + ingang omhoog gaat in waarde, dan gaat de uitgang omlaag waarde!
En omgekeerd natuurlijk ingang wordt negatiever, dan wordt de uitgang positiever in waarde.

Niet inverterende schakeling
Een niet inverterende opamp schakeling, daarbij is de fase van de positieve ingang altijd gelijk aan dat van de uitgang.
Dus als je het signaal dat je aanbied op de + ingang omhoog gaat in waarde, dan gaat de uitgang ook omhoog in waarde.
En omgekeerd natuurlijk, als de ingang op de positieve minder wordt, dan wordt ook de uitgang minder positief.

Ingang en uitgang commonmode problemen
Hou er rekening mee, dat als je zeg een opamp hebt op plus en min 15V voeding wat ik hierboven beschrijf ook gewoon geld als je op de +ingang b.v. -6V aanbied t.o.v massa en de versterking b.v.1x is.
Dan is de uitgang ook -6V, maak je de +ingang nu -4V(dat is 2V "omhoog") dan zal de uitgang ook -4V worden dat is ook 2V omhoog.

Het beste is denk ik om het goed te begrijpen, is om met een versterking van 1x te werken.
Als je dat eenmaal goed in je hoofd hebt dan kan je met versterking en ook met het signaal anbieden op bijde ingangen gaan spelen.

Hoe maak je het goed inzichtbaar
Prettige hulpmiddelen hierbij zijn een opamp zeg 741 aangesloten op + en -15V voedingen een functie generator die redelijk modern is en dan dit samen met een scoop.
Hou er rekening mee dat een opamp zoals de hier aangegeven 741 niet naar zijn voedingspanningen kan komen op de uitgang.
Bij +-15V moet je rekening houden dat je aan de uitgang ongeveer 2V vanaf de voedingspanningen moet blijven.

Je kan ook twee 9V batterijen nemen om te testen, maar dan hou je bij volle batterijen ongeveer +-7V als max. bij de uitgangen.
Ook je ingangen kan je niet naar de voeding brengen(Ja Heren ik weet dat er andere opamps zijn ) dus blijf ook met je ingangen zo'n 2V bij de voedingspannigen vandaan.

Op papier
Ik vond het vroeger handig om met ruitjes papier te werken, met 5mm ruitjes en dan de signaal niveaus daar in te tekenen voor de opamp ingang en uitgangen.

Basis gedrag van een tegengekoppelde opamp schakeling
Nog een handige tip, een opamp in een "normale" schakeling probeert altijd op de -ingang het zelfde signaal niveau te krijgen dit door "de toegepaste tegenkoppeling" als dat op de +ingang staat.
In dus "normale" opamp schakelingen, kan je geen spanning verschil meten tussen de + en de -ingang!

Groet,
Bram

Een analogie voor opamps met negatieve terugkoppeling.pdf

Wellicht helpt nog dit verhaaltje met plaatjes.
(lees door na blz. 2; er is nog een blz. 3)

Bron

opamp zonder enige weerstanden:
leg je 0V aan aan de - ingang
en 1V aan de + ingang, dan gaat de uitgang naar +VCC (niet inverterend)

leg je 0V aan aan de + ingang
en 1V aan de - ingang, dan gaat de uitgang naar -VCC (inverterend)

en dat is het basic.

eens je met die weerstanden begint te spelen, bepaald dit de uitgangsspanning door middel van de versterking.
met een versterking van 10x wordt de uitgang dus 1V als er een verschil van 0,1V tussen de ingangen zit.
ik heb vroeger geleerd dat er GEEN stromen lopen IN de opamp. dus is het gewoon weerstanden berekenen tussen ingang en uitgang. en dat de ingangen op hetzelfde potentiaal moeten staan.
hij zal de uitgang zodanig aansturen dat de ingangen met de weerstanden kloppen.

bv deze schakeling

de + ingang hangt aan massa, zijnde 0V
de - ingang tussen beide weerstanden moet ook 0V zijn (er loopt geen stroom IN de opamp )
hang jij 1V aan de ingang, dan weet je de spanningsval over Rin. dan moet die stroom van Rin ook door Rf. en dat wordt bepaald door de spanning over Rf.
en de spanning over Rf is de spanning links (OV op - ingang) en Vout.
er is maar 1 manier om stroom van Rin naar out te laten lopen, en dat is als de Vout LAGER is dan 0V
inverterende versterker dus

idem berekening voor de andere schakeling

als je hier 1V aan de + ingang zet, zal de - ingang ook op 1V komen. dan is de opamp stabiel.
hoe krijg je 1V aan de - ingang? door de uitgang zodanig aan te sturen dat de spanningsdeler Rf en R1 ook 1V aan zijn - ingang zet.
niet inverterende opamp

Er is een toepassing zonder weerstanden, nl. de buffer. Ingangssignaal op de +ingang, uitgang direct teruggekoppeld op de -ingang.
Het uitgangssignaal volgt dan exact de ingang, maar dan versterkt. Versterkt in de zin van: kan meer stroom leveren.

OK.
Veel is herhaling van zaken die ik al wist. Dat is niet erg want de gaten in die kennis worden opgevuld met nieuwe info.

Het gedrag van een aangeboden spanning of signaal op 1 poort is me nu redelijk duidelijk.

Maar zodra beide ingangen een signaal aangeboden krijgen, wordt het wat complexer.

Daarbij vond ik onderstaand schema welke ik niet begrijp.
Hoe kan de versterking van een spanning op 1 ingang, beinvloed worden door weerstanden op de andere ingang?
Dit ontgaat me even.

Wat ik ook wel markant vond (en ik was het even vergeten sinds een paar weken terug toen ik hier ook al mee bezig was) was dat in de diverse (!) Youtube filmpjes steeds wordt gewerkt met 1+ R1/R2, in plaats van de oplossing in deze uitleg.
Wiskundig klopt het natuurlijk wel, maar ik vind de manier die hier in dit plaatje wordt gebruikt een onlogische manier om het uit te rekenen.

Wel, de opamp ziet alleen de spanning op in- en op in+.

En de spanning op in- verandert tgv de spanning op de uitgang door de terugkoppeling via de weerstanden.

Dus als je de spanning op in+ verandert, dan komt de opamp in aktie totdat de spanning op in- weer gelijk wordt op de spanning op in+

een opamp probeert uit alle macht om de BEIDE INGANGEN GELIJK TE MAKEN, via zijn uitgang

Althans ALS EN SLECHTS ALS er correct wordt tegengekoppeld.

[Paulinha_B]Althans ALS EN SLECHTS ALS er correct wordt tegengekoppeld.

[nonius] een opamp probeert uit alle macht om de BEIDE INGANGEN GELIJK TE MAKEN, via zijn uitgang

't is nie omdat 't em probeert dattet 'm ook gaat lukken....

En zonder tegenkoppeling gaat het hem zeker niet lukken.... maar proberen zal hij!

(Overigens, in deze variant 'als en slechts als' kende ik het niet; in mijn studie werd het altijd 'dan en slechts dan als' (afgekort tot 'DESDA') genoemd).

Een opamp probeert juist nix. Enkel mensen (en soms andere "intelligenties") proberen dingen. Machines en apparaten gedragen zich conform ontwerp. Of soms ook niet, natuurlijk, dan kan het interessant worden.

En ja, al staan we dan dichter bij Marianne, af en toe zijn wij zuiderlingen zuiniger met taalgebruik. In mijn dagen op middelbare school was het "ASA", "als en slechts als", drie letters tegen vijf, en toch niet minder duidelijk.

[Bericht gewijzigd door Paulinha_B op vrijdag 16 augustus 2024 21:43:38 (25%)

Oorzaak en gevolg...

Als de + hoger is dan de - dan gaat de uitgang omhoog.
En de gain ligt rond 300K (zie datasheet). Dus dan is een spanningsverschil van max 15V / 300K = 50 µV voldoende om de uitgang naar de max voedingsspanning te krijgen.

Dat is zo weinig spanning dat de meeste mensen dan niet kunnen meten, dus dat verwaarlozen we dan maar voor het gemak.

Op vrijdag 16 augustus 2024 20:50:43 schreef Fantomaz:

Maar zodra beide ingangen een signaal aangeboden krijgen, wordt het wat complexer.
...

wat is er verschillend aan?
als de +ingang aan massa hangt, is er 0V
en dan probeert de opamp om beide op 0V te houden.

geef je de +ingang een andere spanning, dan is dat zijn referentie en zullen beide ingangen die spanning hebben. moment dat er een verschil is, zal die zijn uitgang aanpassen.

zonder weerstanden, komt die gewoon op +VCC of -VCC.

met terugkoppeling zal die de uitgang zodaning zetten, dat aan de -ingang dezelfde spanning als de +ingang zit

Misschien ook handig als je met opamps bezig bent?

Maar zodra beide ingangen een signaal aangeboden krijgen, wordt het wat complexer.

Daarbij vond ik onderstaand schema welke ik niet begrijp. Hoe kan de versterking van een spanning op 1 ingang, beinvloed worden door weerstanden op de andere ingang?

Ik snap het probleem niet helemaal, als u de eerste 2 voorbeelden ook begrijpt (uit uw eerste post).

Stel, U2 (op ingang +) is +1V. De opamp gaat nu proberen om z'n uitgang bij te regelen totdat, via terugkoppelweerstand R2, de + en - ingangen aan elkaar gelijk zijn, dus tot op de - ingang óók +1V staat.

Veronderstel nu dat U1 = +2V. En laten we voor het gemak weer even aannemen dat R1=R2, anders moet ik m'n rekenmachine erbij gaan pakken...

Op de ene kant van R1 staat +2V, de opamp gaat proberen om + en - ingangen gelijk te maken, dus - ingang neemt dezelfde waarde aan als de + ingang, nl. +1V.

2V---[R1]---1V---[R2]---uitgang opamp

Dan moet op de uitgang van de opamp dus 0V staan: alleen dan is op het knooppunt van R1 en R2 de spanning +1 V (spanningsdeler R1 en R2; R1=R2; dus op knooppunt staat het gemiddelde, (2V+0V) / 2

Eigenlijk snap ik uw probleem met deze schakeling niet, als u het 1e voorbeeld uit uw oorspronkelijke post werkelijk begrijpt....

Fascinerend, Jongens!
Bedankt voor het vlottrekken.
Ik wil niet zeggen dat ik een held ben met transistoren, maar daar zit nog wel eens wat logica achter waardoor je weet dat je soms iets niet kan. Dat "zie" je ook vrij vlot.
Bij een opamp zie ik dat minder snel. Dat moet even groeien, denk ik.

Leuk kaartje, RAAF.

Op vrijdag 16 augustus 2024 20:50:43 schreef Fantomaz:
Wat ik ook wel markant vond (en ik was het even vergeten sinds een paar weken terug toen ik hier ook al mee bezig was) was dat in de diverse (!) Youtube filmpjes steeds wordt gewerkt met 1+ R1/R2, in plaats van de oplossing in deze uitleg.
Wiskundig klopt het natuurlijk wel, maar ik vind de manier die hier in dit plaatje wordt gebruikt een onlogische manier om het uit te rekenen.

Andersom denk ik: hier is R2 de terugkoppelweerstand; dus A=(R2+R1)/R1.

--
Uit het 'hefboom-analogie' verhaaltje (hier enkele posts boven gepost; had je dat al gezien?):

De versterking is steeds ‘de hele lengte gedeeld door de ingangslengte’; dus (R2+R1)/R1.
(Getalsmatig is dat gelijk aan R2/R1 + 1, maar dat volgt minder duidelijk uit de afbeelding.)